第１７卷第２期海羊麓变－ｒ租学兜学报２００２年３月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＡＶＡＬＡＥＲＯＮＡＵＴＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＩＮＳＴＩＴＵＴＥ、，ｏＩ１７Ｎｏ．２Ｍ“２００２
０引言固体火箭发动机高精度试车台设计研究
刘海峰，邢耀国
（海军航空工程学院机械工程系，．山东烟台，２６４００１）
摘要：针对５０ＫＮ高精度试车台设计问题，叙述了影响试车台精度的主要因素—试验架和测试系统，给出了具有原位校准的试验架和基于ＶＸＩ总线测试平台的解决方案．
关键词：固体火箭发动机：试车台；测试系统
中图分类号：Ｖ４３５文献标识码：Ａ
ＳＴＵＤＹＯＮＡＮＤＤＥＳＩＧＮ
ＯＦＨＩＧＨＡＣＣＵＲＡＣＹＴＥＳＴＢＥＮＣＨＦＯＲＳＲＭ
ＬＩＵＨａｌ－ｆｅｎｇ，ＸｉｎｇＹａｏ－ｇｕｏ
（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮＡＥＩ，Ｙａｎｔａｉ·２６４００１）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｅｓｔｂｅｎｃｈｅｓｗｉｔｈ５０ＫＮｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｍａｉｎ
ｆａｃｔｏｒｓｔｈａｔｅｆｆｅｃｔｔｅｓｔｂｅｎｃｈａｃｃｕｒａｃＭｔｅｓｔｆｉｘｔｕｒｅａｎｄｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍＴｈｅｓｏｌｖｉｎｇｓｃｈｅｍｅｏｆｔｅｓｔｆｉｘｔｕｒｅ
ｗｉｔｈａｕｔｏｍａｌｉｃｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄｔｅｓｔｓｖｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＶＸＩｂｕｓｉｓｐｒｏｖｉｄｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＳＲＭ；ｔｅｓｔｂｅｎｃｈ；ｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍ
固体火箭发动机地面试验是一种不可逆、高成
本、高风险的试验。发动机工作时间短，需获取的
信息量大，过程控制和关键参数要求精度高。若能
完全满足技术指标要求，对系统的设计选型和关键
技术的把握，都提出很高的要求。本文对５０ＫＮ高
精度试车台设计中的关键技术进行了探讨。
１系统构成
热试车台主要由试验架、测试系统和辅助设备
组成，而高精度的试验架、准确可靠的测试系统是
实现的关键。
１．１试验架设计
试验架在测试系统中是最大误差源，提高试
验架的动态和静态性能，是提高发动机测试精度的
最有效方法。试验架按用途一般分为结构试验架、性能试验架、旋转试验架和多分力试验架四种１１】，
本文讨论的是５０ＫＮ的性能试验架（如图１）。它
主要由定架、动架、测力组件和原位校准装置组成。
收稿日期：２００１．０８－２４作者简介：刘海峰（】９６６－），男，讲师．硕士生，．原位控准２．扳簧３．推力架４．动架５．定槊６＿中心架圄ｌ５０ＫＮ性能试验架
１．１．１定架
定架由钢筋混凝土底座和安装平板组成一个刚
性结构基准平台．其刚度应比测力组件轴向刚度大
ｌＯ倍以上。全部组件都排布在此标准平台上，组
装时均以此平台作为基准面。１．１．２动架
动架由推力架、中心架和连接角钢组成，其结构刚度应比测力组件刚度大５倍以上。推力架采用
锥形，中心架起测试发动机尾端定位支撑作用。动
架通过４个弹簧片悬挂于定架立柱上，保证轴向推
万方数据海羊舷空工覆学洗学报２００２年第２期
力的测量精度，允许动架沿轴向灵活运动。弹簧片支撑保证动架沿轴向推力的柔顺性，在轴向受力有
位移发生时产生的弹性恢复力是一个固定量。可通
过原位校准来修正口１。１．１．３测力组件
测力组件由传感器、挠性件（或球形接头）及
连接件组成，测力组件的连接必须消除间隙。
１．１．４原位校准装置
发动机推力测量试验前，必须进行测量系统的原位校准。原位校准装置由标准传感器、激励电源、
标准力源、传力机构及现场显示标准传感器输出的仪器等组成１３】。原位校准的作用是：一方面，可对
工作传感器进行现场标定。另一方面可消除试验架
的测试误差。．由于原位校准的加力过程实质上是精
确控制加载装置位移量的过程，故标准力源采用液压式自动加载。
１．２测试系统
最初的发动机地面试验测试设备主要是模拟记
录，如示波器、磁带机等。控制设备以电磁继电器
作为状态控制，随着计算机技术、电子技术和测试
技术的发展，固体火箭发动机地面试验测控设备和
测量方法也开始了向数字领域迈进，陆续配备了一些数字测控系统，解决了固体火箭发动机地面试验
大容量、多种类参数测量问题。
如何有效利用现有资源和资金提高整个测试系
统的精度及可靠性，努力缩短测控设备及软件的开
发周期，提高系统及软件的可移植性、通用性是首
要问题。
１．２．１硬件设计测试系统采用国际上先进的虚拟仪器技术。所
谓虚拟仪器是现代仪器技术与计算机相结合的产
物，是对传统的仪器概念的重大突破，与传统仪器
相比，它的工作面板是虚拟的，这种虚拟面板是剧
软件编制丽成的并在屏幕上显示。ＶＸＩ总线
（ＶＭＥｂｕｓＥｘｔｅｎｓｉｏｎｆｏｒＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ）系统的出
现为虚拟仪器系统提供了一个极好的平台，它具有标准化、通用化、系列化、模块化的显著优点，集
测量、计算、通讯功能乇一体，用户可以根据自己
的需要灵活组合不同的虚拟仪器。组建一台虚拟仪器，最初的投资稍大。但以后
增加测量能力所需的花费比在传统的测量系统中增
添一台仪器需要的花费少得多，只须改变它的数据处理软件即可，因而使用ＶＸＩ总线系统具有潜在
的价格优势。固体火箭发动机在静止试验时应对发动机轴向推力、燃烧室压强、点火过程压强、试验环境真
空压强、表面温度、线位移、振动加速度和应变进
行测试啪。考虑到试车台承担的任务，系统主要对
轴向推力、燃烧室压强、点火过程压强、袭面温度
和振动加速度进行测试。由于振动加速度测试系统的特殊性，本文不做讨论。
测试系统如图２所示。
图２测试系统
主机箱采用美国国家仪器公司（Ｎａｔｉｏｎａｌ
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）的ＶＸＩ一１５０１Ｃ尺寸１３槽主机箱，用
ＶＸｌｐｃ·８７１嵌入式计算机作为零槽控制方案。数据采集和调理采用ＶＸ［．ＭＩＯ．６４ＸＥ和ＶＸＩ．ＳＣ．１１０２。１．２．２软件设计
虚拟仪器技术的基础是计算机系统，核心是软件技术，即所谓“ＴｈｅＳｏｆｔｗａｒｅｉｓｔｈｅＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ．（软
件就是仪器）”，因此测试系统的软件设计是全系统的关键环节。５０ＫＮ热试车台的测试软件系统（图
３）分为４层，即测试系统管理层、测试程序层、
仪器驱动层和１１０接口层。
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。。．司参
…。。四参
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Ｈ－■＊图３测试软件系统
测试软件利用ＬａｂＶＩＥＷ６ｉ开发完成，ＬａｂＶｌＥＷ是美国国家仪器公司利用虚拟仪器技术
开发的面向计算机测控领域虚拟仪器的软件开发平
台，其实际上是编译型的图形化编程语言。
（ｊ）测试系统管理层 万方数据总第６２期刘海峰等：固体火箭发动机高精度试车台设计研究
测试系统管理层提供一个友好界面，用于管理和执行测试过程的测试管理环境，辅助测试人员对
被测发动机进行分析的测试管理程序。（２）测试程序层
测试程序层使大多数数据采集、数据分析、结
果表达等功能成为通用模块。因此，在已有的大量通用模块库的前提下，进行软件组件的改造与重
构，有效缩短开发周期，提高系统可维护性和可扩
展性。
（３）仪器驱动层
仪器驱动软件是测试系统中最重要的组成部分
之一，是真正对仪器硬件执行通讯与控制的软件
层。仪器驱动程序按模块化方式链入测试系统．有
助于系统维护与扩展。
（４）Ｉ／ｏ接口层
Ｉ／Ｏ接口软件是测试系统软件的基础，用于处理计算机与仪器硬件间连接的低层通讯协议。测试
系统软件建立在一个标准化Ｉ／Ｏ接口的通用内核之
上，为系统提供一个一致的、可跨计算机平台的
ＡＰＩ。
２结束语
由于固体火箭发动机地面试验的特殊性，全部设计制造过程必须制定严格的可靠性方案［４１，主要
包括：
（１）确定可靠性定量要求及其分配和预计方
法：
（∞确定采用的测试系统和冷、热备份：
（３）制订可靠性设计准则：
（４）给出可靠性评估与验证方法；
（５）制订可靠性保证措施。
通过高精度的试验架，可靠稳定的测试系统和
可靠性指标的满足，５０ＫＮ高精度试车台的设计方
案是可行的，完全能够满足５０ＫＮ以下的各种固体火箭发动机的热试车需要。
参考文献；
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火箭发动机静止试验测试系统可靠性规范【ｓ】．
频率捷变雷达热跟踪精度测试研究通过海军鉴定
由我院制导工程教研室承担的《频率捷变雷达热跟踪精度测试》研究课题，
于２００１年１２月通过海军装备部军械保障部组织的专家鉴定。
该项研究经专家鉴定认为其技术水平已达到国内领先水平。对推动我国频率
捷变雷达兵器的发展，对提高频率捷变雷达的制导导弹技术保障和维修能力具有
重要意义。
频率捷变雷达热跟踪精度测试研究是为适应我国新发展的频率捷变末制导雷
达的技术准备和维修急需而开展的。科研人员在刘隆和、姜永华教授的带领下，
在缺乏国内外参考资料的条件下，克服重重困难，刻苦攻关，出色地完成了频率
捷变雷达热跟踪精度检测点的理论分析，通过反复试验得到晟佳检测点位置的大
量数据基础上研制成功。
该测试仪采用全数字技术、软件控制与信号处理技术，实现了编程数据处理
和状态控制，保证了频率测试的实时性和测试精度，研制的频率捷变雷达热跟踪
精度测试仪，目前己生产了１０台，陆续发往部队使用。
（金刘）
万方数据